Merge branch 'linus' into cpus4096
[linux-2.6] / arch / x86 / kernel / ftrace.c
1 /*
2  * Code for replacing ftrace calls with jumps.
3  *
4  * Copyright (C) 2007-2008 Steven Rostedt <srostedt@redhat.com>
5  *
6  * Thanks goes to Ingo Molnar, for suggesting the idea.
7  * Mathieu Desnoyers, for suggesting postponing the modifications.
8  * Arjan van de Ven, for keeping me straight, and explaining to me
9  * the dangers of modifying code on the run.
10  */
11
12 #include <linux/spinlock.h>
13 #include <linux/hardirq.h>
14 #include <linux/uaccess.h>
15 #include <linux/ftrace.h>
16 #include <linux/percpu.h>
17 #include <linux/sched.h>
18 #include <linux/init.h>
19 #include <linux/list.h>
20
21 #include <asm/ftrace.h>
22 #include <linux/ftrace.h>
23 #include <asm/nops.h>
24 #include <asm/nmi.h>
25
26
27 #ifdef CONFIG_DYNAMIC_FTRACE
28
29 union ftrace_code_union {
30         char code[MCOUNT_INSN_SIZE];
31         struct {
32                 char e8;
33                 int offset;
34         } __attribute__((packed));
35 };
36
37 static int ftrace_calc_offset(long ip, long addr)
38 {
39         return (int)(addr - ip);
40 }
41
42 static unsigned char *ftrace_call_replace(unsigned long ip, unsigned long addr)
43 {
44         static union ftrace_code_union calc;
45
46         calc.e8         = 0xe8;
47         calc.offset     = ftrace_calc_offset(ip + MCOUNT_INSN_SIZE, addr);
48
49         /*
50          * No locking needed, this must be called via kstop_machine
51          * which in essence is like running on a uniprocessor machine.
52          */
53         return calc.code;
54 }
55
56 /*
57  * Modifying code must take extra care. On an SMP machine, if
58  * the code being modified is also being executed on another CPU
59  * that CPU will have undefined results and possibly take a GPF.
60  * We use kstop_machine to stop other CPUS from exectuing code.
61  * But this does not stop NMIs from happening. We still need
62  * to protect against that. We separate out the modification of
63  * the code to take care of this.
64  *
65  * Two buffers are added: An IP buffer and a "code" buffer.
66  *
67  * 1) Put the instruction pointer into the IP buffer
68  *    and the new code into the "code" buffer.
69  * 2) Set a flag that says we are modifying code
70  * 3) Wait for any running NMIs to finish.
71  * 4) Write the code
72  * 5) clear the flag.
73  * 6) Wait for any running NMIs to finish.
74  *
75  * If an NMI is executed, the first thing it does is to call
76  * "ftrace_nmi_enter". This will check if the flag is set to write
77  * and if it is, it will write what is in the IP and "code" buffers.
78  *
79  * The trick is, it does not matter if everyone is writing the same
80  * content to the code location. Also, if a CPU is executing code
81  * it is OK to write to that code location if the contents being written
82  * are the same as what exists.
83  */
84
85 static atomic_t in_nmi = ATOMIC_INIT(0);
86 static int mod_code_status;             /* holds return value of text write */
87 static int mod_code_write;              /* set when NMI should do the write */
88 static void *mod_code_ip;               /* holds the IP to write to */
89 static void *mod_code_newcode;          /* holds the text to write to the IP */
90
91 static unsigned nmi_wait_count;
92 static atomic_t nmi_update_count = ATOMIC_INIT(0);
93
94 int ftrace_arch_read_dyn_info(char *buf, int size)
95 {
96         int r;
97
98         r = snprintf(buf, size, "%u %u",
99                      nmi_wait_count,
100                      atomic_read(&nmi_update_count));
101         return r;
102 }
103
104 static void ftrace_mod_code(void)
105 {
106         /*
107          * Yes, more than one CPU process can be writing to mod_code_status.
108          *    (and the code itself)
109          * But if one were to fail, then they all should, and if one were
110          * to succeed, then they all should.
111          */
112         mod_code_status = probe_kernel_write(mod_code_ip, mod_code_newcode,
113                                              MCOUNT_INSN_SIZE);
114
115 }
116
117 void ftrace_nmi_enter(void)
118 {
119         atomic_inc(&in_nmi);
120         /* Must have in_nmi seen before reading write flag */
121         smp_mb();
122         if (mod_code_write) {
123                 ftrace_mod_code();
124                 atomic_inc(&nmi_update_count);
125         }
126 }
127
128 void ftrace_nmi_exit(void)
129 {
130         /* Finish all executions before clearing in_nmi */
131         smp_wmb();
132         atomic_dec(&in_nmi);
133 }
134
135 static void wait_for_nmi(void)
136 {
137         int waited = 0;
138
139         while (atomic_read(&in_nmi)) {
140                 waited = 1;
141                 cpu_relax();
142         }
143
144         if (waited)
145                 nmi_wait_count++;
146 }
147
148 static int
149 do_ftrace_mod_code(unsigned long ip, void *new_code)
150 {
151         mod_code_ip = (void *)ip;
152         mod_code_newcode = new_code;
153
154         /* The buffers need to be visible before we let NMIs write them */
155         smp_wmb();
156
157         mod_code_write = 1;
158
159         /* Make sure write bit is visible before we wait on NMIs */
160         smp_mb();
161
162         wait_for_nmi();
163
164         /* Make sure all running NMIs have finished before we write the code */
165         smp_mb();
166
167         ftrace_mod_code();
168
169         /* Make sure the write happens before clearing the bit */
170         smp_wmb();
171
172         mod_code_write = 0;
173
174         /* make sure NMIs see the cleared bit */
175         smp_mb();
176
177         wait_for_nmi();
178
179         return mod_code_status;
180 }
181
182
183
184
185 static unsigned char ftrace_nop[MCOUNT_INSN_SIZE];
186
187 static unsigned char *ftrace_nop_replace(void)
188 {
189         return ftrace_nop;
190 }
191
192 static int
193 ftrace_modify_code(unsigned long ip, unsigned char *old_code,
194                    unsigned char *new_code)
195 {
196         unsigned char replaced[MCOUNT_INSN_SIZE];
197
198         /*
199          * Note: Due to modules and __init, code can
200          *  disappear and change, we need to protect against faulting
201          *  as well as code changing. We do this by using the
202          *  probe_kernel_* functions.
203          *
204          * No real locking needed, this code is run through
205          * kstop_machine, or before SMP starts.
206          */
207
208         /* read the text we want to modify */
209         if (probe_kernel_read(replaced, (void *)ip, MCOUNT_INSN_SIZE))
210                 return -EFAULT;
211
212         /* Make sure it is what we expect it to be */
213         if (memcmp(replaced, old_code, MCOUNT_INSN_SIZE) != 0)
214                 return -EINVAL;
215
216         /* replace the text with the new text */
217         if (do_ftrace_mod_code(ip, new_code))
218                 return -EPERM;
219
220         sync_core();
221
222         return 0;
223 }
224
225 int ftrace_make_nop(struct module *mod,
226                     struct dyn_ftrace *rec, unsigned long addr)
227 {
228         unsigned char *new, *old;
229         unsigned long ip = rec->ip;
230
231         old = ftrace_call_replace(ip, addr);
232         new = ftrace_nop_replace();
233
234         return ftrace_modify_code(rec->ip, old, new);
235 }
236
237 int ftrace_make_call(struct dyn_ftrace *rec, unsigned long addr)
238 {
239         unsigned char *new, *old;
240         unsigned long ip = rec->ip;
241
242         old = ftrace_nop_replace();
243         new = ftrace_call_replace(ip, addr);
244
245         return ftrace_modify_code(rec->ip, old, new);
246 }
247
248 int ftrace_update_ftrace_func(ftrace_func_t func)
249 {
250         unsigned long ip = (unsigned long)(&ftrace_call);
251         unsigned char old[MCOUNT_INSN_SIZE], *new;
252         int ret;
253
254         memcpy(old, &ftrace_call, MCOUNT_INSN_SIZE);
255         new = ftrace_call_replace(ip, (unsigned long)func);
256         ret = ftrace_modify_code(ip, old, new);
257
258         return ret;
259 }
260
261 int __init ftrace_dyn_arch_init(void *data)
262 {
263         extern const unsigned char ftrace_test_p6nop[];
264         extern const unsigned char ftrace_test_nop5[];
265         extern const unsigned char ftrace_test_jmp[];
266         int faulted = 0;
267
268         /*
269          * There is no good nop for all x86 archs.
270          * We will default to using the P6_NOP5, but first we
271          * will test to make sure that the nop will actually
272          * work on this CPU. If it faults, we will then
273          * go to a lesser efficient 5 byte nop. If that fails
274          * we then just use a jmp as our nop. This isn't the most
275          * efficient nop, but we can not use a multi part nop
276          * since we would then risk being preempted in the middle
277          * of that nop, and if we enabled tracing then, it might
278          * cause a system crash.
279          *
280          * TODO: check the cpuid to determine the best nop.
281          */
282         asm volatile (
283                 "ftrace_test_jmp:"
284                 "jmp ftrace_test_p6nop\n"
285                 "nop\n"
286                 "nop\n"
287                 "nop\n"  /* 2 byte jmp + 3 bytes */
288                 "ftrace_test_p6nop:"
289                 P6_NOP5
290                 "jmp 1f\n"
291                 "ftrace_test_nop5:"
292                 ".byte 0x66,0x66,0x66,0x66,0x90\n"
293                 "1:"
294                 ".section .fixup, \"ax\"\n"
295                 "2:     movl $1, %0\n"
296                 "       jmp ftrace_test_nop5\n"
297                 "3:     movl $2, %0\n"
298                 "       jmp 1b\n"
299                 ".previous\n"
300                 _ASM_EXTABLE(ftrace_test_p6nop, 2b)
301                 _ASM_EXTABLE(ftrace_test_nop5, 3b)
302                 : "=r"(faulted) : "0" (faulted));
303
304         switch (faulted) {
305         case 0:
306                 pr_info("ftrace: converting mcount calls to 0f 1f 44 00 00\n");
307                 memcpy(ftrace_nop, ftrace_test_p6nop, MCOUNT_INSN_SIZE);
308                 break;
309         case 1:
310                 pr_info("ftrace: converting mcount calls to 66 66 66 66 90\n");
311                 memcpy(ftrace_nop, ftrace_test_nop5, MCOUNT_INSN_SIZE);
312                 break;
313         case 2:
314                 pr_info("ftrace: converting mcount calls to jmp . + 5\n");
315                 memcpy(ftrace_nop, ftrace_test_jmp, MCOUNT_INSN_SIZE);
316                 break;
317         }
318
319         /* The return code is retured via data */
320         *(unsigned long *)data = 0;
321
322         return 0;
323 }
324 #endif
325
326 #ifdef CONFIG_FUNCTION_RET_TRACER
327
328 #ifndef CONFIG_DYNAMIC_FTRACE
329
330 /*
331  * These functions are picked from those used on
332  * this page for dynamic ftrace. They have been
333  * simplified to ignore all traces in NMI context.
334  */
335 static atomic_t in_nmi;
336
337 void ftrace_nmi_enter(void)
338 {
339         atomic_inc(&in_nmi);
340 }
341
342 void ftrace_nmi_exit(void)
343 {
344         atomic_dec(&in_nmi);
345 }
346 #endif /* !CONFIG_DYNAMIC_FTRACE */
347
348 /* Add a function return address to the trace stack on thread info.*/
349 static int push_return_trace(unsigned long ret, unsigned long long time,
350                                 unsigned long func)
351 {
352         int index;
353
354         if (!current->ret_stack)
355                 return -EBUSY;
356
357         /* The return trace stack is full */
358         if (current->curr_ret_stack == FTRACE_RETFUNC_DEPTH - 1) {
359                 atomic_inc(&current->trace_overrun);
360                 return -EBUSY;
361         }
362
363         index = ++current->curr_ret_stack;
364         barrier();
365         current->ret_stack[index].ret = ret;
366         current->ret_stack[index].func = func;
367         current->ret_stack[index].calltime = time;
368
369         return 0;
370 }
371
372 /* Retrieve a function return address to the trace stack on thread info.*/
373 static void pop_return_trace(unsigned long *ret, unsigned long long *time,
374                                 unsigned long *func, unsigned long *overrun)
375 {
376         int index;
377
378         index = current->curr_ret_stack;
379         *ret = current->ret_stack[index].ret;
380         *func = current->ret_stack[index].func;
381         *time = current->ret_stack[index].calltime;
382         *overrun = atomic_read(&current->trace_overrun);
383         current->curr_ret_stack--;
384 }
385
386 /*
387  * Send the trace to the ring-buffer.
388  * @return the original return address.
389  */
390 unsigned long ftrace_return_to_handler(void)
391 {
392         struct ftrace_retfunc trace;
393         pop_return_trace(&trace.ret, &trace.calltime, &trace.func,
394                         &trace.overrun);
395         trace.rettime = cpu_clock(raw_smp_processor_id());
396         ftrace_function_return(&trace);
397
398         return trace.ret;
399 }
400
401 /*
402  * Hook the return address and push it in the stack of return addrs
403  * in current thread info.
404  */
405 void prepare_ftrace_return(unsigned long *parent, unsigned long self_addr)
406 {
407         unsigned long old;
408         unsigned long long calltime;
409         int faulted;
410         unsigned long return_hooker = (unsigned long)
411                                 &return_to_handler;
412
413         /* Nmi's are currently unsupported */
414         if (atomic_read(&in_nmi))
415                 return;
416
417         /*
418          * Protect against fault, even if it shouldn't
419          * happen. This tool is too much intrusive to
420          * ignore such a protection.
421          */
422         asm volatile(
423                 "1: movl (%[parent_old]), %[old]\n"
424                 "2: movl %[return_hooker], (%[parent_replaced])\n"
425                 "   movl $0, %[faulted]\n"
426
427                 ".section .fixup, \"ax\"\n"
428                 "3: movl $1, %[faulted]\n"
429                 ".previous\n"
430
431                 ".section __ex_table, \"a\"\n"
432                 "   .long 1b, 3b\n"
433                 "   .long 2b, 3b\n"
434                 ".previous\n"
435
436                 : [parent_replaced] "=r" (parent), [old] "=r" (old),
437                   [faulted] "=r" (faulted)
438                 : [parent_old] "0" (parent), [return_hooker] "r" (return_hooker)
439                 : "memory"
440         );
441
442         if (WARN_ON(faulted)) {
443                 unregister_ftrace_return();
444                 return;
445         }
446
447         if (WARN_ON(!__kernel_text_address(old))) {
448                 unregister_ftrace_return();
449                 *parent = old;
450                 return;
451         }
452
453         calltime = cpu_clock(raw_smp_processor_id());
454
455         if (push_return_trace(old, calltime, self_addr) == -EBUSY)
456                 *parent = old;
457 }
458
459 #endif /* CONFIG_FUNCTION_RET_TRACER */